液位PID控制系統(tǒng)的設計

1、聿第秘電子漏試眥液位控制系統(tǒng)的設計徐麗，馬成玲，劉帥，羅俊堯（鄭州市自來水總公司，河南，鄭州）摘要：針對工業(yè)生產(chǎn)中對恒定液位的儲水系統(tǒng)的需要，本文介紹了一種水池恒液位的控制系統(tǒng)的設計，該系統(tǒng)利用西門子的指令實現(xiàn)對液位的閉環(huán)控制，利用液位傳感器將液位的值作為反饋信號傳給，以設定水位值和反饋水位值之差作為控制器的輸入，控制器的輸出是頻率信號，并對變頻器進行調節(jié)控制，而變頻器對電機實現(xiàn)轉速調節(jié)，最后通過軟件進行特性測試。通過檢測本系統(tǒng)準確、快速實現(xiàn)了液位的恒定控制。關鍵詞：；變頻器；中圖分類號：文獻標識碼：，。（，）：勰，：；引言在大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)過程控制中，溫度、液位、壓力、流量等模擬量的控制常需要

2、用閉環(huán)控制方式來實現(xiàn)。因為（比例、積分、微分）調節(jié)不需要精確的控制系統(tǒng)動態(tài)響應的速度。通過對誤差進行微分，能感覺出誤差的變化趨勢。比例環(huán)節(jié)及時成比例地反應控制系統(tǒng)的偏差信號，以最快速度產(chǎn)生控制作用，使偏差向減小的趨勢變化。數(shù)學模型而且它具有原理簡單、易于實現(xiàn)、魯棒性強和適用范圍廣等優(yōu)點，所以模擬量的調節(jié)是常見的一種閉環(huán)控制方式，工程上易于實現(xiàn)。積分作用能對誤本系統(tǒng)為了實現(xiàn)能源的充分利用和生產(chǎn)的需要，需要對電機進行轉速調節(jié)，考慮到電機的啟動、運行、調速和制動的特性，決定采用采用公司的變頻器實現(xiàn)對電機的調節(jié)控制曙。差進行記憶并積分，有利于消除系統(tǒng)的靜差，微分作用有助于減小超調，克服震蕩，改善閉環(huán)系

3、統(tǒng)的穩(wěn)定性和巴萬方數(shù)據(jù)控是。量出輸?shù)慕y(tǒng)系是，量饋反量變是：下（）（如關相則，數(shù)參置設再好調數(shù)參、到等，為間微本系統(tǒng)的性能要求制器的輸出協(xié)是回路輸出的初始值，是回路增益，和分別是積分時間常數(shù)和微分時間常數(shù)。系統(tǒng)要求用戶能夠方便操作，能夠遠程控制變頻器本系統(tǒng)中的回路增益、積分時間常數(shù)和微分時間常數(shù)可的啟動、停止和頻率調節(jié)，用戶可自行設置水位的高低，以通過工程計算初步確定。但還需要進一步調整以達到以控制變頻器的起停，變頻器及其他設備的故障信息能最優(yōu)控制的效果。（）式中前一部分起比例作用，中間夠及時反映在遠程上。要求用戶能夠直觀了解現(xiàn)場部分起積分作用，后面一部分起微分作用。根據(jù)應用不同，設備的工作狀態(tài)

4、及水位的變化。可以組成、和控制器。如果設置采樣周期，可以將（）式離散化，第系統(tǒng)的總體設計次采樣時的控制器輸出為：控制）圖是控制系統(tǒng)的方框圖，使用對水（），；（）委（）孚）（）了（）一）一），。（）位進行控制。圖中的虛線部分由來實現(xiàn)。液位式（）即是離散化的控制算法表達式，圖傳感器將被控量實際值（）測量轉換為一電壓信號的）控制塊就是實現(xiàn)了該式的算法。或電流信號，該模擬信號接至的模塊。本系統(tǒng)采用，利用一進行模數(shù)轉換，根據(jù)用戶編寫的控制程序，將測量中的指令實現(xiàn)控制器的功能實現(xiàn)。如圖即是值與給定值（）比較，通過者的偏差（）進行指令。其中的是回路表的起始地址，是算法的運算得到輸出操作信號，經(jīng)的模塊進行回路

5、編號（）。數(shù)模轉換，轉換后的信號（電壓信號或電流信號）（）用來控制變頻器的參數(shù)，實現(xiàn)對水泵電機轉速的控制，進而控制水的流量，從而最后保持水位一定的值。指令、堅型竺一蘭竺至廠堡苧里！廠定水池的液位為水池高度的（），岡（）感器環(huán)控制系統(tǒng)方框圖在參數(shù)和連接服務程序，控制器的算法原理入回路設定值。，裝入回路增益控制器的輸入輸出的關系式為“瑚：，裝入回路采樣時間秒），入積分時間分，關閉微分時間，（）（）（）是誤差，（）是給定值，（）定定時中斷的時間間隔為，定定時中斷執(zhí)行）程序許中斷萬方數(shù)據(jù)系統(tǒng)的硬件組成整個系統(tǒng)的核心是西門子可編程控制器（）和公司的變頻器，最后采用實現(xiàn)上位機的監(jiān)控與測試，并形成良好的人機

6、界面。與通過和通訊轉換線連接。上位機將人的操作動作通過系統(tǒng)軟件輸出到下位機，下位機在接收到控制信號開始動作。被控對象是儲存水的水池，被控量是水池中的水位值，當人為給定一個液位值時，下位機通過模擬量輸入模塊、高速計數(shù)口接收來自液位傳感器的反饋值，通過內(nèi)部的運算對變頻器進行參數(shù)調整，進而控制電機的轉速，在一定時間內(nèi)保持水池液位恒定。根據(jù)水池中水位的變化速度，調節(jié)變頻器的參數(shù)來調節(jié)電機的轉速，這樣就能實現(xiàn)能源的充分利用和生產(chǎn)的需要。變頻器技術建立在控制技術、電子電力技術、微電子技術和計算機技術的基礎上。它與傳統(tǒng)的交流拖動系統(tǒng)相比較，除變頻器可以對交流電動機進行調節(jié)速度的控制外，還有許多優(yōu)點，如節(jié)能、

7、容易實現(xiàn)對現(xiàn)有電動機的速度調節(jié)控制，可以實現(xiàn)大范圍內(nèi)的實現(xiàn)速度的精確控制、高效連續(xù)調速控制。容易實現(xiàn)電動機的正反轉切換，可以進行電氣制動，可以進行高額度的起停運轉，可以對電動機進行高速驅動。完善的保護功能：變頻器保護功能很強，在運行過程中能隨時檢測到各種故障，并顯示故障類別（如電網(wǎng)瞬時電壓降低，電網(wǎng)缺相，直流過電壓，功率模塊過熱，電機短路等），并立即封鎖輸出電壓。這種自我保護的功能，不僅保護了變頻器，還保護了電機不易損壞。所以在這個系統(tǒng)我們采用變頻技術對液位進行控制。系統(tǒng)的軟件設計圖為系統(tǒng)流程圖。在此流程圖的基礎上，我們進行了恰當?shù)慕缑娣只?，分別是閉環(huán)控制試驗界面、測試項目選擇界面、測試數(shù)據(jù)信

8、息界面等。以監(jiān)控設計為例，可利用進行液位監(jiān)控系統(tǒng)的設計。其中的動態(tài)滾動實時曲線采用控件的屬性結合控件來實現(xiàn)，在一個周期內(nèi)對采集得到的個數(shù)據(jù)不斷畫線，并使用先進先出的原則對采集到的當前數(shù)據(jù)對數(shù)組數(shù)據(jù)更新?？v軸表示液位值，橫軸表示采樣時間。實萬方數(shù)據(jù)時曲線中。、顯示不同顏色。在程序運行過程中，各曲線隨著時同的推移，圖形會自動滾屏，向左方延伸嘲。程序如下：（，）（，）（，）（，（）一（，（“）（）（）（）對系統(tǒng)給定一定的參數(shù)并進行動態(tài)測試，得到動態(tài)曲線如圖所示。、為了直觀了解該系統(tǒng)的特性，特采用設計了特周期時間；有啟動和停止功能；能夠顯示液位值，并顯圖系統(tǒng)流程圖性測試窗口。該窗口口應包含以下功能：可

9、以設置采樣圖閉環(huán)控制液位動態(tài)曲線示實時曲線。如圖所示。在采樣周期方框內(nèi)設置采樣周期值，單位為，它表示數(shù)據(jù)采集模塊每一個采集周期記錄一次采樣值并輸送到上位機，經(jīng)過信號模數(shù)轉換后將采集的液位值液位方框內(nèi)加以顯示。實驗啟動經(jīng)過一段時間后水箱液位將趨于一個穩(wěn)定值，然后開動進水電機，例如從剛開始變?yōu)椋喈斢诮o系統(tǒng)一個階躍信號，理論上分析水池液位將發(fā)生變化并逐漸的趨于另個穩(wěn)定值。顯示曲線的部分程序如下：（）?！啊保ǎǎǎ?，（一）一（，（），（）圖特性測試曲線萬方數(shù)據(jù)結論經(jīng)過特性測試和響應測試，變頻恒液位系統(tǒng)運行整體效果很好。當給系統(tǒng)設定一個液位高度后，控制變頻器以恒液位控制方式運行。假設液位設定為，

10、實際檢測水池的液位基本恒定在之間。假如液位低于，變頻器的頻率降低。這是因為如果變頻器運行頻率太低，水泵的揚程不夠電機功率白白損耗掉，達不到節(jié)能的標準。設置最低運行頻率，能夠使水泵揚程達到要求。該系統(tǒng)的變頻器的頻率一般穩(wěn)定在一個范圍左右，這樣的話，節(jié)能效率是非常高的，同時該系統(tǒng)采用自動調節(jié)液位，減輕了人力負擔。參考文獻【】廖常初大中型應用教程【】北京：機械工業(yè)出版社，：【】滿永奎通用變頻器及其應用【】北京，機械工業(yè)出版杜。：】廖常初編程及應用】北京：機械工業(yè)出版杜，：【】周潤景等傳感器與檢測技術【】北京：電子工業(yè)出版社，【】西門子公司可編程控制器系統(tǒng)手冊【】陳建民電氣控制與應用【】北京：電子工業(yè)出版社，：】西門子（中國）有限公司深入淺出西門子北京：北京航空航天大學出版社，：【】范逸之與串行通信控制【】北京：清華大學出版社，：作者簡介：徐麗。電氣助理工程師?，F(xiàn)工作于鄭州市自